专利名称：一种电动汽车剩余里程的计算方法
技术领域：
本发明属于电动汽车的控制技术领域，特别涉及到电动汽车剩余里程的计算方法。
背景技术：
能源危机和环境恶化已成为制约全球发展重要因素，研究节能、环保的汽车是缓 解能源压力、降低环境污染的有效手段之一。与传统内燃机车或混合动力车相比，电动汽车 采用纯电力驱动，能达到减少排放，降低能耗的目的，因此深受公众的欢迎。但由于目前车 载电池的容量限制，电动汽车的的续驶里程还达不到燃油汽车的水平，因此必须实时了解 电动汽车的剩余里程，才能保证人们在驾驶电动汽车时，不会在半路因为电池耗尽而抛锚， 提高电动汽车的可用性。
发明内容
本发明的目的是提出一种电动汽车剩余里程的计算方法，以使驾驶者能更加准确 地知道电动汽车的剩余里程，提高电动汽车的可用性。本发明的电动汽车剩余里程的计算方法包括如下步骤A 根据电池管理系统获取的电池SOC值及电池的端电压U计算出电动汽车电池的 剩余能量W，计算公式为W = S0C*U*3. 6 ；B 根据加速踏板深度计算出驾驶员当前的请求扭矩值TtqO，并通过电机控制系 统获知当前电机发出的实际扭矩值Ttql，结合电机的工作状况来选择所要采用的扭矩值， 然后根据公式P = Ttq*N/9550计算出功率值P，其中Ttq为所采用的扭矩值，N为通过电机 控制系统获知的电机转速；C 根据公式Ft = P/V计算出瞬时驱动力Ft，其中V为车速，然后再对瞬时驱动力 Ft进行积分，计算出一定时间内的平均驱动力F ；D 根据公式S = W/F求出电动汽车的剩余里程S。国家EV863-标准法规规定，电动汽车的续驶里程是指电动汽车从动力蓄电池全 充满状态开始到标准规定的试验结束时所走的里程。而剩余里程自然是指汽车在当前情况 下，保持现有驾驶方式还能行驶的里程，事实上，电动汽车的剩余里程不仅与动力电池的剩 余能量有关，而且与驾驶方式、行驶路况、驾驶环境等也有很大关系。如图1所示，为了实现电动汽车剩余里程计算的功能，本发明利用了整车控制 系统(VMS :Vehicle Management System)、动力电池管理系统(BMS :BatteryManagement System)、电机控制系统(MCU =Motor Control System)、仪表，电机，动力电池，变速器等系 统部件，其中整车控制系统检测加速踏板的踩踏深度，解释出驾驶员的驱动扭矩请求，并将 驾驶员的扭矩请求通过CAN总线发送给电机控制系统，电机控制系统接受到驾驶员的的扭 矩请求，就会控制电机使其输出驾驶员需求的扭矩，以满足整车驱动的需求，同时，电机控 制系统也会反馈当前实际输出的扭矩给整车控制系统。动力电池管理系统会时刻检测动力电池的端电压并计算动力电池的S0C，并通过CAN总线发送给整车控制系统。整车控制系统 接受当前动力电池SOC以及端电压，电机反馈的实际输出扭矩，以及驾驶员的请求扭矩等 信息，并计算出当前电动汽车剩余里程，然后通过CAN总线，将剩余里程信息发送给仪表显 示，使驾驶员时刻可以知道整车目前的剩余里程，从而采取正确的行驶路线。整车控制系统通过电子加速踏板的踩踏深度来获知驾驶员的驾驶意图，即驾驶 员当前的请求扭矩值的原理是一般来说，加速踏板的踩下深度与请求扭矩值成正比关 系——当驾驶员松开踏板时，表示驾驶员无加速请求；当驾驶员将加速踏板踩到底的时 候，表示驾驶员需要请求最大的驱动扭矩。上述方法首先计算出电池的剩余能量W，然后再通过剩余能量W及扭矩值来计算 出汽车驱动电机的实时功率P，然后再根据Ft = P/V计算出瞬时驱动力Ft，因为瞬时驱动 力Ft是时刻变化的，且变化很大，所以利用瞬时驱动力Ft来计算电动汽车剩余里程而言并 不实用，计算得到的误差很大，因此必须对瞬时驱动力Ft进行积分，得到平均驱动力F，最 后根据公式S = W/F求出电动汽车的剩余里程S。具体的原理如下根据电机转速特性，功率与转矩存在如下关系Pe = Ttq*N/9550，其中Pe为功率；Ttq为转矩；N为电机转速。根据公式(1) =Pe = Ttq*N/9550，其中Pe为功率；Ttq为转矩；N为电机转速；(2) =P = Ft*V，其中P为功率；Ft为瞬时驱动力；V为车速。根据功率平衡可知Pe = P，由此计算出瞬时驱动力Ft，对此瞬时驱动力Ft积分， 就可以求出一定时间内的平均驱动力F。根据公式W = F*S，其中W为驱动力F在位移方向做的功；S为位移。已知电池的 剩余能量与驱动力在位移方向做的功是等效的，由此可知位移S = W/F。因为在实际行驶中，驾驶员当前的请求扭矩值TtqO与电机发出的实际扭矩 值Ttql并不一定相同，例如说当车辆处于爬坡状态时，可能驾驶员已经将加速踏板踩到 底，需要电机提供最大的驱动扭矩，但此时电机只能提供一个较小的扭矩值，即此时Ttql < TtqO ；又例如说当车辆好处于下坡状态或者需要减速时，可能驾驶员已经将加速踏板放 开，但电机仍然在输出一定的扭矩，即此时Ttql >TtqO。综上所述，必须根据实际情况来采 取不同的扭矩值来进行计算，才能使得到的实时功率P更加准确，在本发明计算方法的B步 骤中，Ttq的值采用TtqO和Ttql中较小的一个，以使计算结果更加准确。为保护电池，防止电池过度放电，影响电池寿命及其他一些特性，上述步骤A中所 述的剩余能量最好利用下述公式计算W = S0C*U*3. 6-W0,其中WO =电池额定总能量-电 池最多利用能量。一般来说，电池最多利用能量不超过电池额定总能量的80%，WO的具体 数值可以根据电池的特性在整车控制系统的计算程序中预先设定。因为电池的效率直接影响到电池的放电能力，因此步骤A中所述的剩余能量最好 利用下述公式计算W = K(S0C*U*3. 6-W0)，其中WO =电池额定总能量-电池最多利用能 量，K为与电池效率成近似正比关系的系数，可以根据电池的特性在整车控制系统的计算程 序中预先设定。这样在计算中兼顾到电池效率对电池剩余能量的影响，会使得最终的剩余 里程的计算更加准确。因为电池的内阻也会影响到电池的放电能力，即涉及到电池剩余能量的最终转化，电池的内阻越大，电池在能量转化过程中的损失也就越大，因此步骤A中所述的剩余能 量最好利用下述公式计算W = (K-J) (S0C*U*3. 6-W0)，其中WO =电池额定总能量-电池最 多利用能量，K为预定的与电池效率成近似正比关系的系数，可以根据电池的特性在整车控 制系统的计算程序中预先设定J为预定的与电池内阻成近似正比关系的系数，由动力电 池管理系统实时提供给整车控制系统。这样在计算中兼顾到电池效率及电池内阻对电池剩 余能量的影响，会使得最终的剩余里程的计算更加准确。上述步骤C中，利用滤波算法对计算得到的平均驱动力F进行平滑处理。由于步骤 C中计算得到的当前整车平均驱动力为一定时间内的平均力，受到瞬时驱动力的变化影响， 计算得到的当前平均驱动力具有比较大的跳跃性，所以需要采用合适的滤波算法来平滑当 前整车平均驱动力，使得最终的平均驱动力能够更好的贴合实际，反应当前驾驶工况，从而 使剩余里程的计算更加准确。上述步骤C中的滤波算法包括梯度限制算法和斜率限制算法。本发明根据电动汽车的驱动功率平衡定量，提出了计算电动汽车剩余里程的方 法，该方法能够相对准确的计算出电动汽车当前的剩余里程，从而使驾驶员能够对电动汽 车所能行驶的距离有个准确地把握，提高了电动汽车的实用性。
图1是电动汽车的系统结构示意图。图2是本发明中梯度限制算法的原理示意图；图3是本发明中斜率限制算法的原理示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。实施例1 本实施例的电动汽车剩余里程的计算方法包括如下步骤A 整车控制系统根据电池管理系统获取的电池SOC值及电池的端电压U计算出电 动汽车电池的剩余能量W，计算公式为W = (K-J) (S0C*U*3. 6-W0)，其中WO =电池额定总能 量-电池最多利用能量，在本实施例中，电池最多利用能量为电池额定总能量的80% ；K为 预定的与电池效率成近似正比关系的系数，根据电池的特性在整车控制系统的计算程序中 预先设定J为预定的与电池内阻成近似正比关系的系数，由动力电池管理系统实时提供 给整车控制系统；B:整车控制系统根据加速踏板深度信号计算出驾驶员当前的请求扭矩值TtqO， 并通过电机控制系统获知当前电机发出的实际扭矩值Ttql，然后根据公式P = Ttq*N/9550 计算出功率值P，其中Ttq为所采用的扭矩值，即TtqO和Ttql中较小的一个，N为通过电机 控制系统获知的电机转速；C 整车控制系统根据公式Ft = P/V计算出瞬时驱动力Ft，其中V为车速，然后再 对瞬时驱动力Ft进行积分，计算出一定时间内的平均驱动力F，并利用滤波算法对计算得 到的平均驱动力F进行平滑处理；D 整车控制系统根据公式S = W/F求出电动汽车的剩余里程S。
上述步骤C中的滤波算法包括梯度限制算法和斜率限制算法，经过上述两种滤波 过后，整车平均驱动力相对连续、平滑，能够更好的贴合实际，反应当前驾驶工况。从而为准 确计算得到剩余里程提供重要的参数。梯度限制算法的目的是减少梯的骤然变化幅度，具体原理如下如图2所示，FO为前20s内计算的平均力；Fl为后20s内计算的平均力；F_mid为 梯度限制算法使用的中间量；F_neW为经过梯度限制算法后的当前平均力。其中AF_In = Fl-FO;AF_Diff = Fl-F_mid ；F_mid = FO+Δ Fl ；F_new = F_mid+ Δ F2 ；而Δ F1、Δ F2是分别根据预先设置的Δ F_In、Δ F_Diff表来查表得到的，由于F0、 Fl都是已知的，所以通过梯度限制算法便可得到F_new，该平均力F_new就是最终经过梯度 限制算法计算得到的当前平均力。如图3所示，斜率限制算法就是限制输入信号在每个运行周期内的增长梯度，从 而反映为斜率限制。图3中的虚线部分为斜率限制算法之前的平均力，实线为斜率限制算 法之后的平均力，经过斜率限制算法以后，可以见到平均力的曲线明显更加平滑。
权利要求
一种电动汽车剩余里程的计算方法，其特征在于包括如下步骤A根据电池管理系统获取的电池SOC值及电池的端电压U计算出电动汽车电池的剩余能量W，计算公式为W＝SOC*U*3.6；B根据加速踏板深度计算出驾驶员当前的请求扭矩值Ttq0，并通过电机控制系统获知当前电机发出的实际扭矩值Ttq1，结合电机的工作状况来选择所要采用的扭矩值，然后根据公式P＝Ttq*N/9550计算出功率值P，其中Ttq为所采用的扭矩值，N为通过电机控制系统获知的电机转速；C根据公式Ft＝P/V计算出瞬时驱动力Ft，其中V为车速，然后再对瞬时驱动力Ft进行积分，计算出一定时间内的平均驱动力F；D根据公式S＝W/F求出电动汽车的剩余里程S。
2.根据权利要求1所述的电动汽车剩余里程的计算方法，其特征在于所述步骤B中， Ttq的值为TtqO和Ttql中较小的一个。
3.根据权利要求1所述的电动汽车剩余里程的计算方法，其特征在于步骤A中所述的 剩余能量W = S0C*U*3. 6-W0，其中W0 =电池额定总能量-电池最多利用能量。
4.根据权利要求1所述的电动汽车剩余里程的计算方法，其特征在于步骤A中所述的 剩余能量W = K(S0C*U*3. 6-W0)，其中W0 =电池额定总能量-电池最多利用能量，K为与电 池效率成近似正比关系的系数。
5.根据权利要求1所述的电动汽车剩余里程的计算方法，其特征在于步骤A中所述的 剩余能量W = (K-J) (S0C*U*3. 6-W0)，其中WO =电池额定总能量-电池最多利用能量，K为 预定的与电池效率成近似正比关系的系数，J为预定的与电池内阻成近似正比关系的系数。
6.根据权利要求1或2或3所述的电动汽车剩余里程的计算方法，其特征在于所述步 骤C中，利用滤波算法对计算得到的平均驱动力F进行平滑处理。
7.根据权利要求6所述的电动汽车剩余里程的计算方法，其特征在于所述步骤C中的 滤波算法包括梯度限制算法和斜率限制算法。
全文摘要
本发明提出了一种电动汽车剩余里程的计算方法，该计算方法首先通过电池的SOC值及端电压计算出电池的剩余能量W，然后再通过剩余能量W、电机转速及采用合适的扭矩值来计算出汽车驱动电机的实时功率P，然后再根据Ft＝P/V计算出瞬时驱动力Ft，并对瞬时驱动力Ft进行积分，得到平均驱动力F，再利用滤波算法对平均驱动力F进行平滑处理，最后根据公式S＝W/F求出电动汽车的剩余里程S。本发明根据电动汽车的驱动功率平衡定量，提出了计算电动汽车剩余里程的方法，该方法能够相对准确的计算出电动汽车当前的剩余里程，从而使驾驶员能够对电动汽车所能行驶的距离有个准确地把握，提高了电动汽车的实用性。
文档编号G01R31/36GK101879866SQ20101019963
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者刘小飞, 孔令静 申请人:奇瑞汽车股份有限公司